拱桥结构论文范文（精选11篇）
拱桥结构论文 第1篇
双曲拱桥是我国独创的一种结构形式, 曾经在上世纪60～80年代在全国范围内普遍推广。由于该结构具有外形美观、受力合理、造价低廉、施工方便等优点, 曾经得到了一致的肯定。但是, 由于当时的设计荷载标准较低、使用时间较长、近年来交通量巨增等因素, 结构出现了不同程度的病害, 存在着严重的安全隐患。本文采用锚喷混凝土由拱型结构变箱型结构的加固方法, 收到了良好的加固效果。目前, 加固设计、加固施工、荷载试验工作已全部完成。
1 桥梁基本情况
吐力土桥位于辽宁省彰武县彰哈线上, 全长63.4m。该桥桥面宽为净7.0-2×1m栏杆, 上部构造为2孔20米双曲拱, 矢跨比为1/5, 拱轴系数2.814, 横向6肋5波;下部构造为重力式实体桥墩和重力式U形桥台。桥墩台基础为薄壁沉井基础。该桥腹拱圈开裂破坏严重, 已经严重影响了行车安全。拱波有被水浊的痕迹并且主拱圈有明显的下沉。拱上侧墙有较长的横向贯通裂缝, 侧墙圬工砌体砌缝开裂部位较多。所以加固迫在眉睫。并将桥梁的设计荷载标准由汽-10、拖-50, 提高至汽-20、挂-100, 以适应日益增长的交通量。
2 加固方案
主拱圈是双曲拱桥的主要受力构件, 直接决定了桥梁的承载能力。主拱圈加固采用锚喷混凝土施工工艺, 在原拱肋马蹄处增加14cm厚 (和拱肋马蹄原设计高度同) 混凝土底板, 在原桥拱肋马蹄处, 沿桥宽和桥长做整体混凝土底板, 把原拱型结构改变为箱型结构;改建后的主拱圈截面如图1所示。
3内力分析
加固后的内力计算
加固后计算跨径有所减少, 加固后主拱圈的受力状况得到改善, 各截面弯矩最大值均得到明显消减, 偏心距普遍减小, 且均在设计规范值之内。正截面强度满足要求。加固后的拱圈截面应力验算如表1所示。
加固前、后的换算截面重心至全截面顶边距离分别为0.276m和0.368m, 所以, 新增底板使拱圈截面重心下移, 由因为截面的面积增大, 使得截面承受负弯矩能力增大。底板内的纵向钢筋也能提高截面的正弯矩能力。所以截面应力在重荷载的作用下应然没有超过规定值, 而且富裕较多。
4 静载和动载试验
现场荷载试验分为两部分:静载试验和动载试验。静载试验的主要目的是评估测试拱的静力承载能力及变形特征;动载试验的主要目的是掌握拱的相关动力参数。最终评价该桥的加固效果。
4.1静力荷载试验
根据桥梁在实际受力下的最不利情况, 采用双车加载, 40t级荷载为6个工况。具体荷载及工况如下:
工况1:第2孔加载, 纵向按拱脚截面最不利位置布载, 横向为偏载;
工况2:第2孔加载, 纵向按1/4跨截面弯矩和挠度最不利位置布载, 横向为偏载;
工况3:第2孔加载, 纵向按跨中截面弯矩和挠度最不利位置布载, 横向为偏载;其他工况略写。
仅以工况3为例, 说明挠度理论值和实测值的比较。试验荷载作用下, 在拱顶处的工况挠度理论值和实测值的比较, 见表2。试验孔在各级荷载作用下挠度横向分布见图2。
荷载试验测得各工况下对应挠度实测值的相对残余变形、对于应变实测值的相对残余变形基本在规范规定的20%以内, 说明结构弹性工作状态较好;在试验荷载的作用下, 桥拱肋挠度与应变随荷载的变化在大多数情况下接近线性变化, 残余变形也较小, 桥梁结构基本处于弹性工作阶段。
4.2动力荷载试验
动载试验分为脉动试验和强迫振动试验, 动力荷载试验结果分析:
(1) 自振频率及振型
(1) 一阶振型图 (图3)
试验荷载下, 吐力土桥频谱图如图4所示。经数据分析, 得到上部结构一阶频率实测值为2.930HZ, 小于计算值6.107HZ, 以及一阶频率的校验系数小于1, 说明该桥的整体刚度大于理论刚度, 满足设计要求。桥梁具有良好的动力性能。
(2) 强迫振动
强迫振动时程曲线 (图5) 。
强迫振动试验为跑车试验工况。车辆按不同车速, 分不同情况通过试验孔, 对桥梁进行动态激振。工况:无障碍行车, 一辆350kN试验车以40km/h匀速通过第二孔, 完成跑车试验;为了测试结构动态特性, 在测试截面跨中布置加速度拾振器, 测试桥梁的动力响应特性 (动挠度和动应变) 。测试时记录时间要足够长, 一般以波形衰减完为止。
从动载试验结果看, 结构冲击系数实测值小于计算值。并且冲击系数符合《公路桥涵设计通用规范》的规定值, 说明桥梁对行车的冲击反应在安全的范围内。
综合以上静动载试验结果, 吐力土桥在相当于汽车-20级荷载作用下, 桥梁弹性性能较好, 强度、刚度均满足相关规范要求, 结构整体工作性能好。加固后的桥梁施工质量良好, 同时达到了提载加固的设计要求, 加固效果较好, 值得后续的双曲拱桥加固。
5 结语
采用锚喷混凝土增设底板来增大主拱圈横截面积的方法, 可以提高主拱圈的轴向力和弯矩抗力, 同时增强了全桥的横向刚性和纵向稳定性。
由于原始资料不尽详细, 所以对旧有双曲拱桥利用实测数据进行理论计算结合静动荷载试验的方法来评估桥梁的承载能力, 表明此方法加固双曲拱桥是可行的, 具有推广价值。
参考文献
[1]陈开利, 王邦楣.林亚超.桥梁工程鉴定与加固手册[M].北京:人民交通出版社, 2005
[2]张劲泉, 王文涛.桥梁检测与加固手册[M].北京:人民交通出版社, 2007
拱桥结构论文 第2篇
病害混凝土桁式组合拱桥结构状态评估
总结了病害混凝土桁式组合拱桥存在的主要病害,分析了典型病害产生的原因和对桥跨结构产生的影响,进一步针对某桁式组合拱桥的.实际状况、有限元数值分析以及荷载试验,探讨了病害对结构静力性能和动力性能的影响,从而准确的对结构现有状态作出评估.
作 者：黄伟 HUANG Wei 作者单位：中铁隧道集团三处有限公司,广东,深圳,518051 刊 名：山西建筑 英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)： 36(11) 分类号：U448.22 关键词：桁式组合拱桥 典型病害 力学性能 荷载试验拱桥结构论文 第3篇
拱桥是一种极具美学欣赏价值的桥梁形式，在我国有着深厚的文化基础，钢管混凝土结构在拱桥中的应用，使拱桥更加轻巧，表现力也更强，其中下承式拱桥更是在城市桥梁中受到青睐。
简支下承式系杆拱桥是属于拱梁组合体系中的一种，利用桥道系的纵梁作为拉杆，拱与梁在拱脚处刚结，支承于墩台支座之上，一方面使拱梁共同承受荷载，从整体上节约材料，另一方面对墩台与基础的要求降低，从外部受力上类似于简支梁。在城市桥梁建设中，该体系拱桥经常因其受力明确，外观简洁又不失美观的特点。
一、工程概况
漳州龙海市南太武滨海新区工业路在道路桩号K1+155处需新建桥梁跨越汤溪，桥址处汤溪宽约80m，两岸有较宽阔的河滩。应汤溪及滨海新区总体景观设计提高的要求，该桥梁主桥方案选择上力求造型美观，又不失简洁及经济性。经前期方案比选，最终以简支下承式系杆拱桥做为主桥设计方案。
二、主要技术标准
1、荷载标准：汽车公路I级，人群3.5 kN/㎡。
2、计算行车速度：50km/h。
3、桥面宽度：桥面总宽51.6m，布置为6.0m人行道+14.5m车行道+3.3m检修道+4m中分带+3.3m检修道+14.5m车行道+6.0m人行道。
三、总体设计
工业路跨汤溪桥梁主跨为60m钢管混凝土下承式简支系杆拱，拱轴线为2次方抛物线，主拱圈计算跨径L=57.8m，计算矢高f=13.6m，计算矢跨比f/L=1/4.25。拱肋截面采用两半圆插入矩形的组合断面，每幅桥共2片拱肋，两拱肋之间设三道φ1000×12mm一字横撑。每肢拱肋上设置10排吊杆，吊杆间距4.5m。单幅桥设置2道系杆，12道中横梁及2道端横梁。系杆为箱型截面，中横梁为T型断面，端横梁为矩形断面，均为预应力混凝土A类构件。桥面板由横梁顶板连接而成，桥面板、系杆、中横梁、端横梁均采用固结。桥梁总体布置图详见下图1、2。
图1 桥梁立面布置图
图2 桥梁横断面布置图
四、结构设计
（一）主拱圈及横撑
主拱圈拱肋为圆端形钢管混凝土，钢管采用Q345C钢材，内灌C40微膨胀砼，钢管砼断面全高1500mm，宽1200mm，壁厚14mm。含钢率ρ=0.047（按JCJ 01-89规程计算，满足要求，能充分发挥钢管混凝土的受力特性和保证钢管管壁的稳定性），每幅桥设两拱肋，拱肋轴线横向间距18.6m，为保证两主拱圈的横向稳定，两拱肋间共设3道一字式钢管横撑，每一横撑由φ1000×12mm空钢管构成。
（二）吊杆
吊杆采用PES(FD)7-85低应力防腐索，吊杆采用单端张拉，吊杆固定端设在系杆的底面，张拉端设在拱肋上钢管的顶部，吊杆布置在中横梁的轴线位置，其纵向间距4.5m，在人行道板顶面布置减震器及防水罩，在拱肋下缘布置减震器，拱肋底至人行道顶面之间吊杆的外露部分设置φ85×1.5mm不锈钢防护管。吊杆安全系数不小于3.5。
(三)系桿
系杆为箱型截面，截面高度1.6m，宽度3.0m，顶板厚度0.25m，底板及腹板厚度0.30m。箱内设横隔板，共10道，厚度0.70m。系杆两端与端横梁及拱肋交汇处（即拱脚节点）为实体。吊杆穿过系杆横隔板，锚固于横隔板下缘，系杆与端横梁、中横梁、车道板形成固结连接。每幅桥系杆根据桥面布置情况，内、外侧系梁结构尺寸不一，外侧系梁悬臂1.7m，作为人行道板。内侧系梁小悬臂0.50m，仅作检修通道。系杆两端为拱肋的拱座，拱肋钢构件埋入拱座的现浇段混凝土中。系杆上缘设置6束12Φs15.2钢绞线，下缘设置8束12Φs15.2钢绞线。
（四）端、中横梁
在两系杆之间布置中横梁，共10道。中横梁均为预制，在现场进行与系杆间湿接缝施工。中横梁为T型断面，高度1.6m，腹板厚0.60m，两侧悬臂板各0.75m。中横梁结构轴线与系杆横隔板、吊杆轴线处于同一平面内。根据施工流程，中横梁内钢束分两批张拉，在预制、养护阶段，张拉第一批钢束，至现场与系杆湿接缝处现浇砼，并养护达到设计强度后，张拉第二批钢束。
在系杆与拱肋交汇处布置端横梁，其两端与系杆固结。端横梁为矩形截面，高度2.0m，宽度2.2m。端横梁与系杆同时浇筑，形成整体，不设施工缝。端横梁上配置8束9Φs15.2钢绞线，两端张拉。
（五）行车道
行车道由中横梁、端横梁及各横梁间后浇段组成。横梁间后浇段板厚0.25m，采用钢筋砼结构。预制中横梁及现浇端横梁时，预留钢筋，待系杆、横梁预应力及吊杆索力调整完毕后，进行行车道板浇筑。
五、计算过程
（一）、结构刚度计算
简支系杆拱桥为无铰拱，截面刚度的计算影响着结构变形、荷载横向分布计算及超静定结构的内力。因此，较准确、偏安全的计算钢管砼拱肋截面刚度，既能保证结构有足够的安全储备，也能保证结构造价的经济性。
目前关于钢管砼拱肋截面刚度的计算主要有以下规程：①CECS 28:90、②JCJ 01-89、③DL/T 5085-1999、④CECS 104:99、⑤DBJ 13-51-2003。各规程对钢管砼构件的截面刚度计算提出不同的公式，或简或繁。
对于无铰拱面内强度验算时，拱肋的抗压刚度与抗弯刚度的增大均引起超静定拱的内力增加，采用较大的刚度值更偏于安全。因此进行内力计算时，拱肋截面的刚度采用钢管与混凝土刚度的直接叠加，即（CECS28:90）推荐的钢管与核心混凝土刚度直接叠加的公式。
在进行结构变形计算时，结构截面刚度越大，变形值越小。在进行弹性一类稳定计算时，结构截面刚度越大，临界荷载值也越大。同时，我们知道截面的抗压刚度对结构挠度与弹性一类稳定计算影响小，而抗弯刚度对此影响大。因此，从结构安全角度出发，在进行结构的变形计算和弹性一类稳定计算时，钢管混凝土拱肋截面的抗压刚度仍采用（CECS28:90）推荐的公式，而抗弯刚度的计算则采用DBJ 13-51-2003推荐的公式，考虑混凝土开裂对截面刚度消弱的影响。
（二）、施工流程简介
1、场地平整，夯实及支架预压。架设满堂支架，现浇系杆中间段。
2、同时现浇系杆两侧梁段及拱脚钢管拱肋，砼达到一定强度后，张拉端横梁及系杆部分钢束。
3、预制中横梁，施工中横梁湿接缝，张拉中横梁剩余钢束。
4、搭设拱肋支架，安装、焊接拱肋及横撑。
5、安装吊杆，施加一定的力，由四拱脚同时向拱顶压注拱肋混凝土。
6、待拱肋砼强度达到要求后，拆除拱肋支架，对称张拉吊杆，吊杆张拉完毕后，拆除下承式结构的支架，使系杆均匀下落，张拉系杆第二批钢束，调整吊杆力。
7、桥面板施工。
8、桥面系施工。
（三）、结构模型建立
采用Midas Civil 2006软件对全桥离散成一空间杆系结构。全桥模型共455个节点、566个单元。拱肋、系梁、横梁及桥面板由梁单元模拟，吊杆由桁架单元模拟，模型共546个梁单元，20个桁架单元。模拟施工流程，分14个施工阶段。空间模型如下图3：
图3空间结构计算模型
（四）、主要计算结果
本文仅对主要受力构件的部分计算结构进行罗列，说明部分问题。
1、拱肋压弯验算
拱肋采用等截面，拱脚处受力最大，在各荷载工况作用下，拱受力呈现面内、外双向偏心受压。
拱脚处不利荷载工况，内力值如下表1（单位：kN；kN*m）：
表1基本组合 拱脚处内力
由内力根据DBJ 13-51-2003技术规程，验算拱肋抗弯强度及面内、外受压稳定均满足要求。
2、空间第一类弹性稳定分析
由于下承式系杆拱拱肋的竖向刚度比横向刚度大，因此空间稳定问题，主要是考虑拱肋的面外稳定问题。本桥拱肋施工采用支架搭设平台，施工期间拱肋横向稳定无需验算。拱肋间设3道一字横撑，增强拱肋面外稳定。经计算，结构基频为1.38hz，振型呈拱肋面外半波。结构失稳模态为拱肋面外半波正弦，稳定安全系数16.9，满足设计要求，计算结构如下图4。
图4 稳定安全系数计算结果
3、系梁应力验算
系梁采用抗扭刚度、抗弯刚度较大的箱型梁，断面内配置12-Φs15.2钢绞线，系梁按预应力A类构件计算，短期荷载组合下，截面均处于压应力，应力数值3.9~12.3Mpa。
4、横梁内力计算
横梁分中横梁及端横梁，从空间计算分析结果看，横梁与系梁固结处负弯矩由跨中横梁向端横梁逐渐增大，究其原因，强大的端横梁的约束作用，使得系梁的抗扭刚度对横梁的受力有较大的影响，系梁靠近拱座处抗扭刚度增大，则引起横梁负弯矩增大。鉴于此，中横梁钢束设计上也区别对待，接近端横梁的2根中横梁的顶缘钢束较其他跨中钢束来得多。横梁内力图见下图5（单位：kN*m）。
图5 基本组合下横梁内力图
六、结论
（一）设计过程中采用Midas Civil 2006软件对全桥进行空间建模，细化模拟施工流程，使模型边界条件、受力情况与实际工况基本吻合，全桥各受力构件强度、刚度均满足规范要求，桥梁整体结构安全。
（二）钢管混凝土拱肋的刚度模拟对全桥的内力、变形及稳定计算影响较大，关于钢管砼拱肋刚度的计算公式，目前暂无统一公式，各技术规程的公式也略有不同，因此，笔者认为在保证结构有足够的安全度及造价经济性前提下，建议内力计算与变形、稳定计算时采用不同的刚度计算公式，内力计算采用《钢管混凝土结构设计与施工规程（CECS28:90）》推薦公式，而变形、稳定计算采用《福建省工程建设地方标准（DBJ 13-51-2003）》推荐公式。
（三）简支下承式系杆拱第一阶失稳模态一般为拱肋面外失稳，当跨径越大时，拱肋侧向稳定问题就越突出。由于平面模型无法进行面外稳定分析，因此需应用空间模型分析拱肋横撑、系梁预应力及桥面板横向刚度对桥梁第一类稳定问题的影响程度。
（四）横梁的计算，目前设计中有存在以下做法：偏保守地取同跨径的简支梁跨中正弯矩作为横梁跨中正弯矩，取同跨径固端梁的负弯矩作为横梁与系梁相接处的负弯矩，其实横梁受力状态介于简支梁与固端梁之间，且其弯矩值受系梁抗扭刚度影响较大，负弯矩分布呈跨中向拱座递增趋势，因此建议横梁布束时应注意其弯矩变化，避免造成浪费或者结构不安全现象。这些问题是必须在空间模型建立的前提下来发现、解决的。
参考文献：
1、陈宝春．钢管混凝土拱桥(第二版)【M】 ．北京:人民交通出版社．2007
2、四川省交通厅公路规划勘察设计研究院．公路钢管混凝土桥梁设计与施工指南【M】．北京：人民交通出版社．2008
3、金成棣．预应力混凝土拱梁组合桥梁：设计研究与实践【M】．北京：人民交通出版社．2001
钢管混凝土拱桥结构分析与设计 第4篇
关键词：钢管混凝土拱桥,结构特性,设计分析
0前言
从1990年我国第一座钢管混凝土拱桥建成通车到现在, 钢管混凝土拱桥已经走过了二十多年的发展历史。现在, 这种设计的优良特性已经越来越显著的显现出来, 同时, 在多次桥梁建设过程中也积累了许多经验。
1 钢管混凝土拱桥的优良特性
钢管和混凝土, 两者各有利弊。钢管的刚性很好, 但是弹塑性不足, 只有钢管难以满足多种复杂桥梁结构的需要;混凝土则相反, 弹塑性很强, 但是刚性不足, 缺少钢管作为支撑的混凝土拱桥的抗压能力将大打折扣。钢管混凝土正好在结构上将两者的优点结合了起来。钢管的加入可以使混凝土处于侧向受压状态, 使其抗压强度成倍提高。同时由于混凝土的存在, 钢管的刚度提高了, 两者共同发挥作用, 从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土拱桥就是向钢管内填充混凝土, 这时混凝土正好处于三向受压状态, 从而使得混凝土的抗压强度显著提高。
钢管还可以作为施工模板, 方便混凝土的浇筑。通常在施工过程中, 钢管可以直接用作承重骨架, 因为钢管的重量相对较小, 方便拆卸, 易于安装, 可在任何环境下组合搭建。桥梁建设中有了钢管的加入, 将大大提高工程效率, 缩短工程周期。
根据理论分析和实验论证, 以钢管混凝土作为材料的拱桥, 承载力和抗震性能大大提高。按混凝土规范的相关计算公式可以知道, 两者的结合, 较钢管和混凝土分别的承受力总和要提高110到220倍的范围之间。这种巧妙的结合在力学构造上也具有非常大的优点, 由于钢管混凝土拱桥具有处于三向受压状态的特点, 因此抗压能力相应提高。根据相关实验数据, 钢管混凝土轴向压缩到原长的3/4, 轴向表面已经被破坏, 但是仍然具有一定的载重能力, 显而易见可以抵御一定程度的自然灾害。在桥身被压弯的情况之下, 水平力与位移之间的滞回曲线处于十分饱和的状态, 吸能能力相当好, 硬度退化削减的现象几乎没有出现, 抗破坏的能力相当强大。
2 钢管混凝土拱桥的结构设计
钢管混凝土拱桥简称CFST拱桥, 在设计初期, 首要考虑的是桥梁的功能性作用。通过调研使用率、车流量等等, 进而决定桥梁的建筑规模和承重结构。规模根据其主跨径和矢跨比的不同可分为大中小跨径桥梁。一般来说常用跨径在80~280m的范围内, 常用矢跨比为1/5~1/4。钢管混凝土拱桥主要由拱肋、立柱或吊杆、横撑、行车道系、下部构造等部分组成。拱肋的截面形式主要有六种, 根据不同规格的桥梁, 采用不同的截面形式。像对于大跨径的拱桥来说, 用格构式的截面形式较好, 这样一来, 可以充分利用钢管混凝土材料, 同时还保证了整座桥梁受力的充分性以及完整性。在拱肋施工时, 首先分段加工钢管, 然后现场拼装钢管拱, 接着向管内灌注混凝土, 一道道工序按部就班完成下来, 最后形成钢管混凝土拱桥。
通过对拱桥横向联系构造的分析, 来决定采用哪一种方式的横撑。在桥面以下, K式和X式两者皆可, 一方面, K式和X式的横撑具有足够的支撑力, 保证桥梁上方行驶的安全性, 并且保证河道的安全畅通, 另一方面, 这种设计简洁大方。也有在桥面以下不设横撑的情况, 在稳定性能够满足要求的前提下, 若桥梁自身构造可以满足一定的支撑力, 那么横撑将没有存在的必要, 而且还可以节省原材料。横撑的设置也有讲究, 通过分析, 桥梁中央即拱顶处的受力是最大的, 因此此处通常采用稳定性最优的材料作为横撑, 然后以此横撑为对称中心线, 两边依次设置等数量的横撑来均衡受力, 达到受力平衡。这样的横撑布置能显著地提高拱肋的稳定系数。
在节点构造上, 当钢管的构件受到挤压时, 必须保证基本构件不受破坏而对桥梁产生影响, 多年施工经验下编写的规范中有几种具体的钢管对接方式, 选择要视具体情况而定。在填充时, 要注意混凝土的配合比, 防止因过稀导致管内空隙太大, 或者过浓对钢管产生挤压性破坏。
3 钢管混凝土拱桥设计过程中的注意事项
在设计初期就要考虑到后期使用的长久性。在现如今的桥梁建筑中, 有一个全寿命周期过程的概念。全寿命周期过程是指, 在设计阶段就考虑到产品寿命历程的所有环节, 将所有相关因素在产品设计时分阶段得到综合规划和优化的一种设计理论。全寿命周期设计意味着, 不仅仅要完成好整个工程的设计, 而且要考虑到后续的使用与后期的维护, 这涉及到损坏、检查、修护、再循环利用的过程。因此, 桥梁的全寿命设计方法可以定义为综合统筹考虑桥梁寿命周期的主要阶段, 均衡考虑各方面问题, 通过成本分析寻求安全性、耐久性、美观性, 是一个基于全寿命周期过程的概念。施工的前中后期都要面面俱到, 安全性要达到规范要求, 成本控制在合理范围内, 对周边生态环境无不良影响。比如, 钢管混凝土拱桥必须考虑钢管拱肋、系杆、吊杆和其它金属结构的防腐措施, 应配合设计充分考虑吊杆和系杆的维修、更换等措施, 以保证桥梁结构在运营期间的安全性和耐久性。
4 结语
本文通过对钢管混凝土拱桥的优良特性、结构设计以及注意事项三方面的简要分析, 可以看出钢管混凝土拱桥是实际建设过程中可操作性非常强的一种桥梁, 多年的经验和理论成果也可以证明优秀的钢管混凝土拱桥设计能够简化施工工艺, 缩短施工工期, 提高桥梁的使用寿命。在实际的设计过程中, 严格按照钢管混凝土拱桥设计的相关章程及标准, 灵活根据现场实际情况进行修正变通, 合理地按实施步骤进行施工, 将理论与实际相结合, 及时整理相关操作经验, 为我国钢管混凝土拱桥的进一步发展做出贡献。
参考文献
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石拱桥作文 第5篇
由于河流的边上散落着零乱的村户。每次客车都会停在洪安桥上，桥成联系我们和外面交通枢纽。哪家去远门打工，总是在薄雾的清晨看到一家老小站在洪安桥上送别他们的亲人，洪安桥上多了许多牵挂的心和离别之情，呜咽的河流仿佛诉说村庄离别的情感。每当腊月的时候远方打工的人们陆陆续续的回来，结着薄冰的河流满满的流着。桥面洋溢幸福喜悦的一群群人，聚散都在这一弯小小的桥上交替的演绎着。它寄托着很多不同的情感，它那么渺小又那么的伟大。
农村出生的我们初中都寄宿在学校中，大部分一个星期才能回家一次。每次当我们从家里带上几罐咸菜去上学的时候，当自行车的轮子走在洪安桥的时候，我们不约而同的感到我们已经离开家了。罐子相互碰撞的发出饱和的声音仿佛对我们在路上的叮咛，叮咛我们路上小心。当我们星期五回来的时候空空的罐子在白青的桥面发出轻快地声音，我们不约而同告诉自己已经到家了。三年里它就这样陪伴着我们走过了初中的生涯，见证我们这一代的成长。在我们眼里总觉得并不是那么的伟大，但他就是那么伟大。一座生冷的石桥散发出温暖的气息，
转眼我又要上高中了，尽管高中有县城和镇上的两种，但都要从这桥上搭车。这座桥又见证我的成人最后的成长，每当司机问我坐到哪，我都会跟他说到洪安桥。其实洪安桥在我们心中已经形成了一个家的概念。每当我考试考的很差的时候我就把试卷折成一艘小船，划过小桥划向未知的的远方，就像我的未知的前程一样。我也不知这条小河有多长，有人说它通往长江，但我知道通过一座小桥就可以横走这条河流，桥好像真的那么伟大，它静静的躺着。身下流淌着多少年的溪流。它仿佛让我懂得了一份坚持，一直让我坚持到那黑色的六月。它就像我的一个人生导师一样伟大。
转眼我又要从这座桥上走了，去向更远的`方向。。它依然静静的躺在河流中间为我启程，也为一代又一代的人启程，桥真的很伟大。它见证一代代人的长大，也会继续见证下一代人的成长。
“实际问题—拱桥”教学的数学思考 第6篇
【关键词】平面直角坐标系;数形结合;认知结构;知识与方法
人教版课标教材九年级下册“26.3实际问题与二次函数”25页的探究3有这样一个问题：图中的抛物线形拱桥，当水面在l时，拱顶离水面2m。水面宽4m。水面下降1m，水面宽度增加多少？
本题学生根据自身的知识基础、能力水平和解题习惯，自主地建立不同的平面直角坐标系。
根据学生直角坐标系建立的不同以及解释方法的不同，将学生整体的思维活动直观化，展现了学生真实的、独特的思维方式，学生的数学思想方法水平和数学能力结构层次得以充分体现，展示了学生真实的数学能力结构。
现实生活中的实际问题在二次函数这一章中占有相当的比例，教材力求让学生明白“函数来源于现实生活，而又服务于现实生活”这样一个道理。在研究“二次函数”这一数学模型时，一直渗透着“数形结合”的思想和方法。探究3被安排在本章内容最后一节的最后一个探究，足见其价值，充分体现了初中函数教学“螺旋上升”的最高境界！
为进一步完善学生的认知结构，提高学生的数学素养，培养学生的问题意识、应用意识和创新意识，我们常进行如下类似巩固练习：
例：如图，公园要建造圆形的喷水池，在水池中央垂直于水面处安装一个柱子OA，O恰在水面中心，OA=1.25m。水流在各个方向沿形状相同的抛物线路线落下，为使水流形状较为漂亮，要求设计成水流在离OA距离为1m处达到距水面最大高度2.25m。
（1）若不计其他因素，那么水池的半径至少要多少米，才能使喷出的水流不致落到池外？
（2）若水流喷出的抛物线形状与（1）相同，水池的半径为3.5m，要使水流不落到池外，此时水流最大高度应达多少米？（精确到0.1m）
学生经过慎思后往往选择建立如图所示的平面直角坐标系，如下图所示：
简解：（1）由于抛物线的顶点为（1，2.25），因此设y=a（x-1）2+2.25，又图象过点（0，1.25），所以a=-1，
所以y=-（x-1）2+2.25。令y=0，得x1=-0.5（舍去），x2=2.5。 所以水池的半径至少要2.5m。
（2）因为抛物线形状与（1）相同，所以设y=-（x-h）2+k，将点（0，1.25）、（3.5，0）代入，解方程组得h= ，k=3 ≈3.7。 所以此时水流最大高度达3.7m。
恰当地让学生经历这样的过程，对于他们理解数学知识与方法，形成良好的数学思维习惯、增强应用意识、提高解决问题的能力有着重要的作用。选用这些素材，不仅有利于学生理解所学知识的内涵，还能更好地揭示相关数学知识之间的内在关联，有利于学生从整体上理解数学，构建数学认知结构。
止步于此，笔者认为对于发展学生思维的广阔性和灵活性还不够，上述一系列数学问题的解决只是关注了平面直角坐标法在二次函数中的应用。但我们更应注意到一些数学知识之间存在着实质性的联系，这种联系不仅体现在相同的内容领域，而且也体现在不同的内容领域。帮助学生理解类似的实质性联系，是数学教学的重要任务。
后续教学中，拓展类似的问题是很有必要的。例：（2013年福建·龙岩卷，第9题）如图，边长分别为4和8的两个正方形ABCD和CEFG并排放在一起，连结BD并延长交EG于点T，交FG于点P，则GT=（ ）
（A）. （B）.2 （C）.2 （D）.1
本题运用正方形的性质，等腰直角三角形的性质和判定可以求解;运用相似三角形的有关知识也可以求解。笔者认为运用平面直角坐标系法也是一个不错的选择。如图，可根据点的坐标求出直线BP与直线GE的函数解析式，然后求出交点T的坐标，再用两点间的距离公式求出GT的长。
又例：（2014年黑龙江·农垦卷，第28题）如图，在Rt△ABC中，∠ACB=90°，AC=8，BC=6，CD⊥AB于点D。点P从点D出发，沿线段DC向点C运动，点Q从点C出发，沿线段CA向点A运动，两点同时出发，速度都为每秒1个单位长度，当点P运动到C时，两点都停止.设运动时间为t秒。
（1）求线段CD的长;
（2）设△CPQ的面积为S，求S与t之间的函数关系式，并确定在运动过程中是否存在某一时刻t，使得S△CPQ：S△ABC=9：100？若存在，求出t的值;若不存在，说明理由。
（3）当t为何值时，△CPQ为等腰三角形？
分析：（1）利用勾股定理可求出AB长，再用等积法就可求出线段CD的长。
（2）过点P作PH⊥AC，垂足为H，通过三角形相似即可用t的代数式表示PH，从而可以求出S与t之间的函数关系式;利用S△CPQ：S△ABC=9：100建立t的方程，解方程即可解决问题。
（3）可分三种情况进行讨论：由CQ=CP可建立关于t的方程，从而求出t;由PQ=PC或QC=QP不能直接得到关于t的方程，可借助于等腰三角形的三线合一及三角形相似，即可建立关于t的方程，从而求出t。
对于（2）、（3）两个问题，笔者认为建立如图所示的平面直角坐标系，可得Q（0，t）。过点P作PH⊥CB，垂足为H（作y轴的垂线也可），利用相似三角形的知识可以求出PH=0.6（4.8-t），CH=0.8（4.8-t），所以P（0.8（4.8-t），0.6（4.8-t））。问题（2）：利用S△CPQ：S△ABC=9：100建立t的方程迎刃而解。问题（3）：CQ=t，CP=4.8-t，运用两点间的距离公式得QP2=〔0.8（4.8-t）〕2+〔0.6（4.8-t）-t〕2。然后分三种情况建立关于t的方程求解即可。这样的解题思路很流畅，一气呵成，可谓心旷神怡。
由此，我们可以看到：利用平面直角坐标系可以把数与图形有机地结合起来，有利于用代数方法研究几何问题，也有利于借助图形直观地探索数量关系的规律性。在义务教育阶段的数学学习中，我们希望学生除了获得必要的数学知识与技能外，还能感悟数学的基本思想，回归数学的本质，发挥数学教学的最大价值。
【参考文献】
[1]中华人民共和国教育部制定.义务教育数学课程标准（2011年版）.北京师范大学出版社，2012.1
[2]马复，凌晓牧.新版课程标准解析与教学指导（初中数学）.北京师范大学出版社，2012.7
某双曲拱桥静力荷载试验与结构评定 第7篇
某桥为混凝土双曲拱桥, 建成于1972年, 经现场测量, 该桥净跨为3×15.0 m, 净矢高为2.6 m, 净矢跨比为0.173。桥面全宽12.5 m, 其中行车道净宽8.0 m, 人行道净宽2×2.0 m, 设计荷载为城市-B级。该桥概貌见图1。
随着当地经济的发展, 该桥交通量逐年递增, 且出现桥面破损、拱圈渗水等病害, 为了判断该桥桥跨结构实际受力状况和工作状态, 评价结构的力学性能和工作性能, 判断其结构承载力能否满足现有荷载及未来一段时间交通流量增长的要求, 通过静载试验对该桥的承载能力和使用性能作一次全面的技术评估, 确保该桥在正常营运期间的使用安全。
2静载试验
2.1 试验荷载确定
为了检测桥梁关键截面的受力、变形及桥梁的运营安全系数, 按试验构件截面“等效内力”原则确定每次加载时汽车总数量和排列位置, 使加载汽车组成的荷载与设计荷载在该截面产生的内力基本相等。对各测试截面活载内力进行计算分析, 确定静载试验时荷载的大小。本次静载试验需装载后总重为275 kN的加载车两台。
2.2 试验工况确定
采用midas/civil有限元分析软件对该桥进行仿真分析。根据桥梁结构受力情况, 选取该桥第2跨作为试验跨, 选取第2跨跨中截面、L/4截面及1#墩处拱脚截面作为控制截面。该桥桥型布置见图2, 横断面图见图3。
为了检验结构承载力是否满足设计荷载要求, 确定桥梁能否正常使用。按施工检测性质, 属“评估荷载试验”, 即最大试验荷载为设计标准规定的荷载。桥梁的静力试验按荷载效率ηq来确定, 静力荷载效率ηq计算式为:
undefined (1)
式中, Ss为静力试验荷载作用下, 某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或变位的最大计算效应值;S为控制荷载 (城市-B级) 产生的同一加载控制截面内力或变位的最不利效应计算值;μ为按规范取用的冲击系数值。
按拱桥受力与变形特点, 本次试验对该桥考虑了3种静载试验工况。各工况下的荷载效率系数见表1, 由表1可知:1.05≧ηq≧0.95, 符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》 (JTG/TJ21-2011) 的要求。
在已有技术资料的基础上, 本次试验采用Midas/civil有限元分析软件对该桥进行理论计算分析。实际静载试验时由表1可知:1.05≥ηq≥0.95, 符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》 (JTG/TJ21-2011) 的要求。
2.3 测点布置与观测方法
(1) 挠度观测。
根据荷载试验计算及设计要求, 遵循测点布置的必要性、适量性及方便观测的基本原则, 选取第2跨6#拱肋的L/4、L/2和3L/4截面进行挠度测试, 本次试验采用千分表对测试截面进行位移观测。
(2) 应变观测。
根据荷载试验计算及设计要求, 遵循测点布置的必要性、适量性及方便观测的基本原则, 选取第2跨L/2截面1#～6#拱肋进行应变测试, 本次试验采用静态电阻应变仪对测试截面进行应变观测。
(3) 裂缝观测。
对全桥特别是跨中、支座等敏感部位在加载前后均进行仔细的裂缝观测。首先用目测搜寻有无裂缝, 如发现裂缝, 则用裂缝观测仪测量其宽度, 用钢尺测量其长度。
2.4 试验工况及车辆布置
(1) 工况Ⅰ:
第2跨拱顶截面最大正弯矩。通过计算确定, 静载试验需用2辆加载试验车。拱顶截面弯矩影响线见图4, 车辆布置见图5。
(2) 工况Ⅱ:
第2跨L/4截面最大正弯矩。经过计算确定, 静载试验需用2辆加载试验车。第2跨L/4截面弯矩影响线见图6, 车辆布置见图7。
(3) 工况Ⅲ:
1#墩拱脚截面最大负弯矩。经过计算确定, 静载试验需用2辆加载试验车。1#墩拱脚截面弯矩影响线见图8, 车辆布置见图9。
2.5 静载试验结果
(1) 挠度测试结果及数据分析。
静力荷载试验各工况下, 跨中截面各测点挠度测试结果见表2。工况Ⅰ～Ⅲ各测点挠度理论值与实测值对比见图10。
注:表中正数表示向下挠曲变形, 负数表示向上挠曲变形。
(2) 应变测试结果及数据分析。
静力荷载试验各工况下, 跨中截面各测点应变测试结果见表2。工况Ⅰ～Ⅲ各测点应变理论值与实测值对比见图10。
《公路桥梁承载能力检测评定规程》 (JTG/TJ21-2011) 中规定:校验系数ζ应满足小于1.0要求。在静力荷载试验中, 工况Ⅰ～Ⅲ实测挠度校验系数在0.62～0.86之间;工况Ⅰ～Ⅲ实测应变校验系数在0.58～0.80之间。各工况下各测点挠度和应变校验系数ζ均小于等于1.0, 表明桥梁结构刚度满足相关规范要求。
相对残余挠度S′P最大为-4.9%, 相对残余应变S′P最大为6.7%。满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》 (JTG/TJ21-2011) 中所规定的容许值20%的要求。
(3) 裂缝观测结果。
试验前后均为发现结构受力裂缝。
2.6 静载试验结果评定
通过静载试验与理论分析, 对该桥的整体受力性能综合评定如下。
(1) 工况I～ⅢI的荷载效率系数分别为100.0%、101.4%和97.8%, 满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》 (JTG/TJ21-2011) 中规定的荷载效率系数在0.95～1.05之间要求。
(2) 各试验工况下, 各测点挠度校验系数在0.62～0.86之间, 各测点应变校验系数在0.58～0.80之间, 满足校验系数小于1.0要求, 相对残余挠度S′P最大为-4.9%, 相对残余应变S′P最大为6.7%, 满足相对残余变位容许值20%的要求。试验前及各试验工况下均未发现裂缝。表明该桥梁结构处于弹性工作状态, 结构强度、刚度均满足设计规范要求。
摘要：笔者通过对某双曲拱桥进行静力荷载试验, 探讨了双曲拱桥的静载试验方法与结构分析方法, 根据测试结果对工程实例进行了评价分析, 评定了该桥目前的整体受力性能。
关键词：双曲拱桥,静力荷载试验,整体性能
参考文献
[1]JTG/T J21-2011, 公路桥梁承载能力检测评定规程[S].
[2]JTG F80/1-2004, 公路工程质量检验评定标准[S].
[3]JTG H11-2004, 公路桥涵养护规范[S].
[4]JTG D60-2004, 公路桥涵设计通用规范[S].
[5]交通部基本建设质量监督总站编, 桥涵工程试验检测技术[M].北京:人民交通出版社, 2004.
悬冒台刚架拱桥的结构病害分析 第8篇
1 桥梁概况
悬冒台刚架拱桥位于靖白公路。其上部结构为一孔25m钢筋混凝土刚架拱桥, 桥长34.92m, 净矢跨比为1/10, 桥宽为净-9.5附2×1.25 m人行道, 荷载标准为公路-Ⅱ级。全桥共3片拱片, 采用预制构件、有支架安装的施工方法, 上弦杆与拱腿、主拱圈与拱腿采用钢板接头。其下部结构为重力式U型桥台, 基础为明挖扩大基础。
图1为悬冒台刚架拱桥立面图。
本桥建于2007年, 2016年在对悬冒台刚架拱桥进行实地勘察时, 发现悬冒台刚架拱桥的拱片大、小节点裂缝均超过规范限值, 且混凝土锈胀破坏严重, 横系梁连接松动, 台帽劈裂等病害已严重影响到桥梁构件的承载能力及耐久性, 其继续发展将危及桥梁自身安全。
2 桥梁病害分析
2.1 上部结构分析
2.1.1 主拱片。
原桥上部结构拱片从上游到下游排序分别为1#拱片、2#拱片和3#拱片。3片拱片两侧大节点均出现约2.5~3.0mm宽贯通水平裂缝, 缝宽均已经超过2.0mm, 且处于继续恶化状态, 这样不但对桥梁的耐久性不利, 还会严重影响桥梁的承载能力。拱片小节点均出现约1.0~2.0mm宽贯通截面裂缝, 缝宽超限, 该节点随时可能发生破坏, 且该处混凝土锈蚀严重, 存在严重的安全隐患。大、小节点裂缝以1#、3#拱片最宽, 2#拱片次之。且各拱片接头钢板连接处混凝土锈蚀严重。2#拱片四龙向由于拱片受力变形过大, 导致拱脚处混凝土沿拱脚劈裂。
病害产生的主要原因为:拱腿和弦杆的连接, 即大节点处采取了钢板焊接接头, 钢板锈蚀及焊接质量不良而导致开裂;小节点处使用了现浇接头, 现浇长度仅20cm, 致使混凝土浇筑密实度难以满足要求, 在拱片混凝土收缩、徐变的作用下与预制吊装部分构件结合不良, 从而导致小节点开裂。
2.1.2 微弯板。
悬冒台刚架拱桥微弯板板肋均出现不同程度纵向裂缝, 裂缝形态都是竖向的断裂裂缝。圆弧形微弯板中心处应力在两端简支条件下大于两端固定条件, 微弯板两端的边界条件影响着板的应力分布。悬冒台刚架拱桥设计使得其微弯板边界条件界于简支与固定之间。该桥横向联系构件较少, 受车辆荷载作用时, 微弯板两端在水平方向或竖向发生微小的移动, 这样的边界条件下微弯板变形条件就趋于简支或产生附加位移, 从而在微弯板中心处形成较大的应力, 以致出现细小的裂缝, 在恒载的长期作用和活载的交替反复作用下, 导致微弯板开裂。
2.1.3 横系梁。
悬冒台刚架拱桥横系梁病害为个别横系梁与拱片联结松动, 不利于桥梁的整体受力。悬冒台刚架拱桥微弯板为圆弧形, 受竖向荷载作用时产生侧向水平推力, 以致出现侧向水平推动作用, 而使横系梁受拉导致联结松动。
2.1.4 悬臂板。
全桥悬臂板渗水腐蚀严重, 个别部位混凝土锈胀破坏严重, 导致混凝土剥落, 钢筋外露。
2.2 下部结构病害分析。
悬冒台刚架桥拱两侧桥台渗水腐蚀严重, 桥台与上弦杆接触的部位因支座失效, 车辆通过时在上弦杆的频繁冲击下, 导致该部位严重劈裂, 钢筋外露。
2.3 桥面系病害分析
2.3.1 桥面系。
桥面系的病害主要表现为纵横向网状裂缝和破碎带。由于微弯板之间连接欠佳, 在车辆的动力效应下, 连接缝反射到桥面上, 致使形成类似微弯板纵、横接缝轮廓的桥面网状裂缝, 长期作用下导致桥面铺装出现破碎带。
2.3.2 人行道。人行道板因车辆撞击致塌陷缺失, 栏杆破损严重。
2.4 附属结构病害分析
2.4.1 伸缩缝。
因伸缩缝失效, 梁体伸缩受限, 台背受到严重破坏, 同时使圬工砌体受到严重的破坏, 在较大范围出现破损、局部变形情况。
2.4.2 锥坡。桥头两端无锥坡, 无法保证桥头路基的稳定性。
3 维修加固方法
悬冒台刚架拱桥的结构病害分析指出了病害产生的原因, 这与桥梁施工工艺及结构本身构造存在紧密关系。根据现有维修加固方法及桥梁实际情况对该桥进行加固补救措施, 以保证桥梁的安全运营。例如, 对原拱片大、小节点进行裂缝修补, 并粘贴钢板加固;在原有拱片的基础上新增2片拱片, 采用整体现浇法进行施工;更换微弯板, 采用无水平推力的平板, 以增强桥梁结构整体性;在拱片与桥台台帽接触位置新增板式橡胶支座, 以此保护桥台台帽;更换桥面板及人行道;更换伸缩缝;新增锥坡。
4 结论
我国早期修建的刚架拱桥出现了诸多病害, 在设计刚架拱桥时, 应对截面尺寸和构造等方面进行优化设计, 以保证结构的安全性及耐久性。总之, 桥梁病害原因的分析是为了根据病害产生机理采取更加合理的措施, 改进设计及施工中的一些缺陷。对悬冒台刚架拱桥进行实地考察及病害分析, 提出了合理的加固改造方案。但还有许多环节, 仍需在今后的施工中不断地完善和发展。
摘要：刚架拱桥施工工艺多为拱片分段预制吊装形成整体, 再架设微弯板、悬臂板及桥面板。本文就靖白公路悬冒台刚架拱桥上部结构、下部结构、桥面系及附属结构各部位病害进行成因分析。结果表示, 刚架拱桥病害与桥梁施工工艺及结构本身构造存在紧密关系, 针对病害原因提出了维修加固方法。
关键词：粘结性能刚架拱桥,裂缝,病害分析,维修加固
参考文献
[1]陈虎成, 刘明虎, 陈晓东.刚架拱桥病害分析及上部和基础结构优化设计[J].桥梁建设, 2010, 4:65-68.
[2]史强, 宋运来.刚架拱桥病害分析及设计施工改进措施[J].公路交通设计, 2008, 6:140-145.
[3]李宏江, 叶见曙, 虞建成.伊家河刚架拱桥病害的结构分析[J].桥梁建设, 2002, 2:19-22.
[4]朱一军.浅析钢筋混凝土刚架拱桥病害分析及维修加固[J].科学之友, 2011, 5:59-60.
拱桥结构论文 第9篇
混凝土桁式组合拱桥于20世纪70年代末由贵州省交通厅提出,并于1981年设计、施工了第一座预应力混凝土桁式组合拱桥。桁式组合拱桥的特点是上弦在墩顶和拱顶之间适当位置断开,下弦保持连续不变。桁式组合拱桥相对于其他桥型具有施工简单、造价较低等特点,该种桥型在我国得到了大力推广,特别是西部地区,到目前为止已建成大小桥40余座[1]。但随着大量预应力混凝土桁式组合拱桥的建成和投入使用,其桥型的问题也逐渐暴露出来。本文针对一座实际的混凝土桁式组合拱桥,通过现场检查、结构计算、荷载试验等工作对桥梁结构状态进行评价。
1 工程概况
某预应力混凝土桁式组合拱桥主跨为100 m的预应力混凝土桁式组合拱桥,下弦轴线为圆弧曲线,矢高13.63 m,两岸边孔均为1×27 m的半跨桁架拱桥,桁片采用40号钢筋混凝土预制安装,上下弦顶底板采用40号钢筋混凝土预制安装。下部结构为30号钢筋混凝土A字墩,墩上立柱采用30号钢筋混凝土。立柱、斜撑、桥台基础均嵌在中等风化的完整岩体上。桥面横向布置为7 m+2×1 m。原设计荷载等级:汽车—20级,挂车—100。
2 主要病害及对桥梁结构的影响[2,3]
经过现场检查桥梁病害的基本情况,主要病害和对结构的影响总结如下:
桁式组合拱桥为多次超静定结构,竖杆(斜杆)与拱肋连接处均为刚接,节点处的构造和受力都很复杂。该桥双立柱与下弦连接处出现众多横向裂缝,部分混凝土疏松,严重削弱了构件截面尺寸,这使得桁架结构整体稳定性和刚度受到严重削弱,对全桥受力性能产生不良影响。
空实腹交接处虎口圆弧有横向贯通裂缝,缝宽0.10 mm～0.20 mm。上下弦均出现大量裂缝。这些区域裂缝具有量多、密集、缝长和易交叉等特点,表明实腹段拱肋腹板混凝土受损较严重,部分混凝土已经退出工作,使得拱箱截面强度被削弱或降低,导致箱体应力状态恶化,特别是空实腹交界处应力分布最为复杂,病害情况尤其严重。
上弦底板有多处纵向贯通裂缝,部分缝宽达2.0 mm～3.0 mm;下弦底板跨中有纵向贯通裂缝,部分区域混凝土不密实顶板与拱肋交接处局部渗水,局部混凝土疏松、钢筋外露;跨中区段底板混凝土纵向、横向开裂,缝宽0.05 mm～0.14 mm。这些区域钢筋暴露在大气中,引起钢筋锈蚀,减少其钢筋有效截面面积,严重影响桥梁结构的承载能力及耐久性。
下弦拱肋表观状态良好,但中箱顶底板存在接头和接缝不密实、有缝隙和空洞,封锚不彻底,局部混凝土破损,露筋等病害。上弦存在开裂、渗水等病害,顶底板有部分纵向裂缝宽度超过规范限值。这些病害对结构的整体工作性能以及耐久性构成严重影响。
桥主跨实腹段相对于设计状态明显下挠,其中跨中上游侧最大下挠10.8 cm(如图1所示),下游侧最大下挠10.4 cm。大桥桥面平整度较好,无明显塌陷和坑洼,伸缩缝无错台现象。
3 结构静力性能分析
根据该桥目前实际通行车辆荷载(全桥单辆30 t双轴运输车,轴距4.2 m,前轴重6 t,后轴重24 t)再结合该桥梁的现场调查结果,静力试验荷载加载上限按全桥单车300 kN、汽车荷载冲击系数取值0.50进行控制,并通过MIDAS/Civil 2006建立全桥空间有限元模型进行静力分析(其中模型的拱肋线形采用实测线形值)。在试验荷载作用下,主跨测试截面的实测挠度小于理论计算值,挠度校验系数介于0.25～0.89之间,均值为0.55,主跨最大实测正挠度为5.05 mm,为设计净跨径的1/19 802。如图2所示的主跨挠度纵向分布规律与计算值基本相符。静力试验结果表明,试验桥梁各挠度控制截面变形规律正常,结构刚度满足试验评定荷载的要求。
分析全桥6个应力测试截面的主要检测结果和各截面实测应变的相关统计数据可知,主跨各测试截面除J4跨中截面外的平均应力校验系数为0.35～0.98,均在合理范围之内。其中,J1,J2,J5,J6截面上缘或下缘最大实测应变与均值之比介于0.38～1.67,变异系数绝对值介于0.04～0.37,表明上述4个截面的应变分布离散性不大,截面整体工作性能基本正常。J3截面下缘最大实测应变与均值之比为2.00,变异系数绝对值为0.61,表明J3截面下缘实测应变离散性较大,但该截面的实测应变绝对值较小,结构处于正常的受力状态。J4跨中截面下缘的应力校验系数为0.15～1.68,混凝土最大实测拉应力增量为4.08 MPa,存在个别测点实测应力超计算值的现象;下缘最大实测应变与均值之比为3.53,变异系数绝对值为1.31,表明部分测点与均值偏差较大,截面应变实际分布情况与设计理想状态存在明显差异,截面整体工作性能不佳。J4截面应变实测值存在较大程度的离散性,结构开裂以及板间接缝缺陷(或接头质量差)是造成截面应变分布离散性偏大的原因之一[4]。
4 结构动力性能分析
根据拱顶截面及空实腹交接截面加速度在脉动、拱顶跳车及行车余振激励下的测试时程曲线,进行时域及频域分析后得到桥跨结构自振特性参数,分析结果见表1。桥跨结构实测第二阶～第五阶竖向自振频率分别为2.88 Hz,3.22 Hz,3.73 Hz,5.47 Hz,与计算频率之比介于1.05～1.44之间,表明主跨结构实际刚度大于计算刚度,与静力试验的挠度检测结果吻合。
通过对动应变时间历程曲线的计算得到应变(应力)增大系数
5 结语
桁式组合拱桥从始建到现在已经有三十余年,这类桥型的设计缺陷和许多病害都逐渐暴露出来。通过结构有限元计算和桥梁荷载试验,分析这类桥的病害对桥梁本身力学性能和承载能力的影响,对以后的桥梁养护和采取加固措施都具有现实意义。
参考文献
[1]陈天本.桁式组合拱桥[M].北京:人民交通出版社,2001.
[2]仲崇宏.既有桁式组合拱桥病害分析及维修加固研究[D].成都:西南交通大学,2007.
[3]周锐.大跨度预应力混凝土桁式组合拱桥病害原因分析[D].重庆:重庆交通大学,2005.
[4]杨大鹏.预应力桁式组合拱桥数值分析[D].武汉:武汉理工大学,2006.
拱桥结构论文 第10篇
在形态万千的拱桥中,下承式系杆拱桥以其特有的魅力深深吸引了桥梁设计者。通常,下承式系杆拱桥属于无推力拱梁组合体系,具有受力合理、造型美观、结构简洁、外形线条流畅以及便于施工等优势。本文论述的异型拱正是由下承式系杆拱桥演变而来的一种桥型。
1 结构特点
1.1 外形特征
异型拱是将普通下承式系杆拱桥(正型拱)中全部的吊杆按相同的斜率倾斜布置,同时将拱轴线转变为偏态不对称曲线的一种桥型(如图1所示)。在倾斜吊杆的拉力作用下,根据压力线与拱轴线重合的原理,从而得到理想拱轴线曲线形式为偏态的抛物线或悬链线。
1.2 美学效果
正型拱桥外形曲线柔和,吊杆强劲,给人良好的视觉效果。异型拱桥不仅保留了正型拱的美学特点,而且由于异型拱吊杆倾斜、主拱圈偏态,构成独特、新颖的外形。
2 受力特点
异型拱桥通常为外部静定,内部超静定的结构(如图2所示)。桥面荷载通过横梁传递至系梁,系梁将部分荷载传递给吊杆,再由吊杆传递给主拱结构,最后由主拱圈将荷载传递至拱脚支座。这种结构形式中,为能够有效地抵消主拱圈传递至拱脚的水平推力,系梁内需张拉预应力钢束。由于整个上部结构简支静定,下部结构不承受水平推力。
异型拱结构中,系梁和主拱结构都有一定的刚度,通过吊杆和系梁内的预应力钢束的作用,能够将荷载合理地分配给系梁和主拱结构。
为更加清晰地了解异型拱的受力特性,本文对某异型拱桥进行结构计算。该桥结构尺寸如下:桥宽8.5 m,双车道,计算跨径32 m,计算矢高8 m,吊杆9根,吊杆以1∶1.25的斜率布置,间距2.73 m(见图2),全桥共两片拱肋,拱肋之间由横系梁连接。拱肋截面为工字形截面,系梁截面为矩形截面(如图3所示)。 为简便起见,现取一片拱肋按平面杆系结构进行分析。
经计算,得出3种工况下结构的自重荷载效应:
1)吊杆未张拉前,自重荷载引起的结构内力分布如图4所示。2)吊杆一次全部张拉后,张拉力为200 kN,自重荷载引起的结构内力分布如图5所示。3)吊杆由拱顶向两侧对称分批张拉,张拉完后进行二次调索,自重荷载引起的结构内力分布如图6所示。
从图4～图6中可以清楚的看出:
1)在未张拉吊杆前,系梁的轴力是均衡分布的,而拱圈的轴力却呈现从陡拱拱脚向坦拱拱脚“逐渐增大”的分布态势(如图4所示)。
2)张拉吊杆后,在倾斜吊杆作用下,系梁和主拱圈的轴力分布发生如下变化:a.系梁轴力由陡拱侧向坦拱侧轴力分布呈现明显的“节节增大”的趋势;b.主拱圈的轴力分布出现两侧拱脚轴力上升的态势;c.陡拱段拱脚轴力比坦拱段拱脚小,这与吊杆张拉前的分布态势相近。此外,系梁和主拱圈的弯矩分布发生如下变化:a.由于吊杆作用,坦拱侧拱脚处弯矩由负弯矩转变为正弯矩;b.系梁陡拱拱脚侧弯矩绝对值变小,坦拱拱脚侧弯矩值变大。 系梁和主拱圈各部位轴力和弯矩变化情况分析见表1。
3)吊杆的张拉方法不同,内力分布也会有所差别,表2中列出了二者内力最值的比值。从表2中数值可以看出,分批张拉吊杆可使拱肋和系梁内力最大值有所降低,最小值有所增大,内力分布趋于均匀。
此外,从以上的分析可以看出,系梁为平衡拱肋的水平推力而承受较大的轴拉力。因此,对于混凝土系梁而言,需要在系梁布置一定数量的预应力钢束,依靠预应力钢束施加的轴压力来平衡由于拱肋推力引起的轴拉力。
3 结语
本文通过对异型拱的外形和内力计算分析,可以看出:
1)异型拱造型优美,结构外形富有变化,适合运用于城市桥梁和平原地区的高速公路支线上跨桥梁中。
2)由于吊杆的作用,异型拱的系梁轴力呈不均匀分布,表现为:沿吊杆倾斜的方向,轴力会出现节节变大的现象。从结构受力和经济合理上考虑,异型拱并不适合用于大跨径的桥梁中。
3)异型拱施工过程中,一次张拉全部吊杆与分批张拉对结构内力的影响是不同的。从内力分布情况上看,分批张拉,张拉完毕后再进行二次调整张拉力的施工方法要优于一次张拉全部吊杆的施工方法。
参考文献
[1]JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].
[2]JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
[3]李丽,李乔.对一种新型拱桥结构的美学分析及内力特性研究[J].四川建筑科学研究,2003(5):95-96.
某旧石拱桥静载试验与结构评定 第11篇
某旧石拱桥为一座空腹式石拱桥, 主拱圈为等截面悬链线板拱, 拱轴系数为2.814, 拱圈厚为0.9 m, 净跨径为40.0 m, 净矢高为8.0 m, 矢跨比为0.2;腹拱圈为净跨径3.0m的圆弧拱, 净矢高为0.6 m, 矢跨比为0.2, 拱圈厚度为0.3 m;桥面布置为8.5 m=0.5 m (防撞墙) +7.5m (行车道) +0.5m (防撞墙) 。设计荷载为公路-Ⅱ级。桥梁概貌见图1。
随着当地经济的发展, 该桥交通量逐年递增, 且出现桥面破损、拱圈渗水等病害。为了判断该桥桥跨结构实际受力状况和工作状态、评价结构的力学性能和工作性能、判断其结构承载力能否满足现有荷载及未来一段时间交通流量增长的要求, 笔者通过静载试验对该桥的承载能力和使用性能作一次全面的技术评估, 确保该桥在正常营运期间的使用安全。
2静载试验
2.1 试验荷载确定
为了检测桥梁关键截面的受力、变形及桥梁的运营安全系数, 按试验构件截面“等效内力”原则确定每次加载时汽车总数量和排列位置, 使加载汽车组成的荷载与设计荷载在该截面产生的内力基本相等。对各测试截面活载内力进行计算分析, 确定静载试验时荷载的大小。本次静载试验需装载后总重为395kN的加载车两台。
2.2 试验工况确定
根据桥梁结构受力情况, 取跨中截面、L/4截面及0#台处拱脚截面作为控制截面。确定试验工况如下:
工况Ⅰ:主拱圈跨中截面最大正弯矩;
工况Ⅱ:主拱圈L/4截面最大正弯矩;
工况Ⅲ:0#台拱脚截面最大负弯矩。
2.3 试验工况车辆布置
(1) 工况I。
主拱圈跨中截面最大正弯矩。经过计算确定, 静载试验需用两辆加载试验车。拱顶截面弯矩影响线见图2, 车辆布置见图3。
(2) 工况II。
主拱圈L/4截面最大正弯矩。经过计算确定, 静载试验需用两辆加载试验车。L/4截面弯矩影响线见图4, 车辆布置见图5。
(3) 工况III。
0#台拱脚截面最大负弯矩。经过计算确定, 静载试验需用两辆加载试验车。0#台拱脚截面弯矩影响线见图6, 车辆布置见图7。
2.4 静载试验效率
确定静力荷载试验各测试工况的荷载大小和加载位置时, 采用静力荷载试验效率ηq进行控制。ηq宜介于0.95～1.05之间, 静力试验荷载的效率按下式计算:
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式中 Ss—静力试验荷载作用下, 某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或变位的最大计算效应值;
S—控制荷载产生的同一加载控制截面内力或变位的最不利效应计算值;
μ—按规范取用的冲击系数值, μ=0.186;
ηq—静力试验荷载效率, 应介于0.95～1.05之间。
在已有技术资料的基础上, 本次试验采用Midas/civil有限元分析软件对该桥进行理论计算分析。各工况荷载效率系数见表1。
由表1可知0.95<ηq<1.05, 符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》中的要求。
2.5 测点布置
(1) 挠度观测。
采用高精度电子水准仪对桥台、L/4截面、拱顶、3L/4截面进行位移观测, 测点布置见图8。
(2) 裂缝观测。
对全桥特别是对拱顶、拱脚截面等敏感部位在加载前后均进行仔细的裂缝观测。首先目测搜寻有无裂缝, 如发现裂缝, 则用裂缝观测仪测量其宽度, 用钢尺测量其长度。
2.6 静载试验结果
(1) 挠度测试结果及数据分析。静力荷载试验各工况下, 各测点挠度测试结果见表2。
由表2可知:工况I～III实测挠度校验系数在0.40～0.75之间。各工况下各挠度校验系数均小于1.0, 表明该桥梁结构处于弹性工作状态, 结构强度、刚度均满足设计规范要求。
相对残余变位S′p最大为-9.4%, 符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》中所规定的容许值20%的要求。
3结果评定
(1) 各静载试验工况的荷载效率系数在0.95～1.05范围内, 满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》中规定的要求。
(2) 在三种静载试验荷载工况作用下, 各测点挠度校验系数均小于1.0, 说明结构处于良好的弹性工作状态;相对残余变位均小于20%, 满足相关规范要求。静载试验前后均未发现结构裂缝。
该桥在公路-II荷载作用下, 处于弹性工作状态, 主拱圈结构刚度和强度满足相应设计使用荷载等级要求。
摘要：本文通过对某旧石拱桥进行静力荷载试验, 探讨了旧石拱桥的静载试验方法与结构分析方法, 根据测试结果对工程实例进行了评价分析, 评定了该桥目前的整体受力性能。
关键词：石拱桥,静载试验,承载力
参考文献
[1]JTG/T J21-2011, 公路桥梁承载能力检测评定规程[S].
[2]JTG D60-2004, 公路桥涵设计通用规范[S].
[3]JTG H11-2004, 公路桥涵养护规范[S].
[4]交通部基本建设质量监督总站编.桥涵工程试验检测技术[M].北京:人民交通出版社, 2004.
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